激光喷丸对材料摩擦磨损性能影响的试验研究

发布时间：2019-11-13 18:02

【摘要】：利用Nd: YAG激光器对汽车发动机活塞用铝合金试样进行激光喷丸,将平均粒径为40nm的二硫化钼颗粒植入其中,然后利用往复式球对盘摩擦磨损试验机对试样摩擦性能进行测试。研究证明,通过激光喷丸植入纳米颗粒,能够显著改善铝合金材料的摩擦磨损性能。为了比较各种处理方式的减磨效果,试验中将试样分为五组：(a)对照组,铝合金试样不作特别处理,直接进行摩擦试验；(b)钻孔组,在铝合金试样表面加工微盲孔,然后进行摩擦试验；(c)喷丸组,利用激光喷丸技术处理铝合金试样,然后进行摩擦试验；(d)润滑组,在铝合金试样表面加工出微盲孔,然后向微孔中填充二硫化钼颗粒,再进行摩擦试验；(e)复合组,在铝合金试样表面加工出微盲孔,然后向微孔中填充纳米二硫化钼颗粒,再进行激光喷丸,在激光冲击作用下完成纳米颗粒的植入后再进行摩擦试验。各组试样摩擦试验之后,综合分析了硬度、摩擦系数、磨损率、磨痕形貌等数据和特征,研究发现；(1)喷丸组硬度比对照组提高了大约21%；(2)润滑组摩擦系数和磨损率均低于钻孔组；(3)摩擦稳定阶段,喷丸组和复合组摩擦系数最小；(4)复合组磨损率最低,约为对照组的十分之一。上述研究结果表明,纳米二硫化钼颗粒可以起到良好的固体润滑效果,通过激光喷丸植入纳米二硫化钼颗粒可以显著提高材料的摩擦磨损性能。另外,本文还简单介绍了激光喷丸纳米颗粒植入技术在45#钢减磨增寿方面的研究。研究结果表明,经过处理的45#钢试样摩擦磨损性能得到了显著的提高,这同时证明了激光喷丸纳米颗粒植入技术强化摩擦磨损性能对碳钢的适应性。
【图文】：

原理图,激光喷丸,原理

稳定的位错结构，，进而在成形区域产生残余W'应力、提高材料表面硬度，从而提逡逑氋王件的疲劳强度和耐磨、耐腐蚀等性能。逡逑图１－１是激光喷丸加工的原理W，高功率、短脉冲的激光束经透镜汇聚，并逡逑穿过透明的约束层材料（一般为玻璃或者水），作用在吸收层材料上，吸收层材逡逑料受到激光束的照射，发生气化、电离，进而形成高温高压的等离子体，等离子逡逑体膨胀产生峰值压力达到ＧＰａ量级的冲击波，使基体材料产生塑性变形，并在其逡逑表面引入有益的残余皮应力。约束层通过约束和限制爆炸等离子体的膨胀，能够逡逑提高冲击波的峰值压力，延长作用时间，起到强化冲击的效果。逡逑Ｉ邋Ｉ逦泼光束逡逑／——巧统逡逑…逦逦邋－＾巧束层逡逑吸化层逡逑逦基体材料逡逑二：．＇；。－如；邋＇占作台逡逑图１－１激光喷丸原理邸Ｗ逡逑１．２．２激光喷丸与传统喷丸的比较逡逑传统的喷丸处理过程就是将大量弹丸喷射到零件表面的过程，零件表面受到逡逑弹丸冲击产生强烈的塑性变形

激光喷丸,燕尾槽

（１）（尺、形状、材料）逡逑（２）目标（材料、预应力情况）逡逑（３）射流（速度或者气压、喷射角度、喷射距离）逡逑激光喷丸技术是利用激光与材料相互作用产生的高压冲击波而达到喷丸处逡逑理的目的［Ｉ３］。激光喷丸技术没有采用实质弹丸，工作环境良好。激光喷丸主要影逡逑响因素如下；逡逑（１）激光器（激光功率、激光频率、激光波长、脉冲时间）逡逑（２）光斑大小逡逑（３）冲击次数和冲击路径逡逑（４）吸收层材料（黑漆、铅箱）逡逑（５）约束层情况（水层、玻璃）逡逑激光喷丸处理可［＾在材料表面产生更深的残余压应力层。传统喷丸技术压应逡逑力层深度约为２００叫ｎ，最大极限约为１ｍｍ；激光喷丸残余压应力深度可达到逡逑５ｍｍ。图１－２是利用激光喷丸技术强化燕尾槽的工作图片。逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U464.133.1;TN248

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